ACアダプターはなぜ小さいのでしょうか？

Question

極小の１０Ｗクラスの電源を探しているうちに
疑問が生じました。

絶縁され安定化されたスイッチングタイプのＡＣアダプターの
中身はいわゆる市販のスイッチング電源と同じものだと
思っていました。

しかしＡＣアダプターは体積的にはスイッチング電源の約半分です。
またモールドで密閉されているので電力素子の放熱はきびしいと
思います。
仕様ギリギリの性能で小型化したとしても、ここまで小さく
できるのだろうか？と興味がわきました。

１．
ＡＣアダプターは仕様的にスイッチング電源と異なる点が
あるのでしょうか？

２．
基本的にＡＣアダプターはスイッチング電源とは異なる
回路方式を使用しているのでしょうか？
（ＡＣアダプター専用？というような）
（もしそういう回路があるなら勉強したいと思います。）

御教授を御願いします。

Accepted Answer

ACアダプタの回路はスイッチング電源と全然違います。
まず、スイッチング電源はPFC（力率改善）回路と次段のDC-DCコンバータ
回路から構成されるのが普通ですが、ACアダプタは矩形波の±のデューティー
を変える方式でコンバートします。通常は一段構成です。
まず、パワーが全然違うというところから始まって、パワーが小さいので
高調波電流対策の必要な規制値に達しない（35W以下）のでPFC回路が必要
ないということもあります。そんなところから、一段構成でもOKなのが
大きいと思います。

>>PFC（力率改善）回路
>これはライン間のコンデンサとコモンモードコイルみたいなものの
>ことでしょうか？
>（今までノイズフルターだと思っていました。）
>手元にある電源をみると約１／４くらいのスペースをくっています。
それはノイズフィルタです。PFC回路はフライバックでDC400Vを作り出します。このあたりが参考になると思います。
http://www.fujielectric.co.jp/fdt/scd/IC/FAQ/NEWS/PDF/FA5502.pdf

>>ACアダプタは矩形波の±のデューティー
>>を変える方式でコンバートします。通常は一段構成です。
>もしよろしければ回路的な記載のあるＨＰを教えていただければ
>幸いです。
電源回路の情報公開は少ないのですが、以下のページが参考になると思います。アメリカの特許庁の公開公報ですが、回路図などのイメージを見るには
AlternaTIFF
http://www.alternatiff.com/
に行って右上の Install into IE でTIFF Readerをインストールして下さい。

以下は一旦メモにコピーして改行を取り去ってからIEに貼り付けて下さい。

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2Fsearch-bool.html&r=1
&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=yes&Query=PN%2F5751561

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=/netahtml/srchnum.htm&r=1
&f=G&l=50&s1=5,995,383.WKU.&OS=PN/5,995,383&RS=PN/5,995,383

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=yes&Query=PN%2F5652700

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=yes&Query=PN%2F5600546

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=yes&Query=PN%2F5581451

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=yes&Query=PN%2F5515257

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=yes&Query=PN%2F5301095

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=/netahtml/srchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=5995383.WKU.&OS=PN/5995383&RS=PN/5995383

Answer

組み込み用のSW電顕の多くは、同じ出力ワット数で数種類の出力電圧が
シリーズされている場合が多いのも一つの原因ではないでしょうか。

出力電圧が高くなれば(出力電流が小さくなれば)コンデンサやトランス
などは小さくて済みますが、逆に出力電圧が低くなれば(出力電流が大
きくなれば)ダイオードやSWトランジスタが大きくなります。
電圧が高かったり、電流が多くなれば特別なパーツを実装する必要も
あるでしょう。※例外もあるでしょうが....

一般的に同一シリーズでは基板が共通になっていることが多いので、
それぞれ最大形状の部品(最大数の部品)を実装できるスペースを確保
する必要があります。※コスト削減ですね。

Answer

こんにちは

回答の趣旨が変わるかもしれませんが・・・

熱は厳しいですが、
モールドすると絶縁距離、沿面距離を考慮する必要がなくなります。
この距離って結構小型化には寄与します。

参考になれば幸いです。

Answer

回路方式の違いについては、#1さんと同じ考えです。
違いはないと思います。
そうすると、体積の違いには必然性がないことになり、本当にACアダプタの方が小さいのか？という疑問が出てきました。
しかし、会社にちょうど同じぐらいの出力仕様のものがあったので、比較してみましたが、やはりACアダプタの方が半分ぐらいの体積でした。
本当に小さいのですね。

他に仕様上の違いがあるとすれば、使用温度範囲ぐらいでしょうか。
ACアダプタの上限温度：40℃
スイッチング電源の上限温度：50℃～60℃
電源回路の設計というのは、ある意味で熱との戦いです。
使用温度の違いというのは、かなり影響があると思いますが…

絶縁距離、沿面距離というのは盲点でした。
#3さんのご見解が主要因だと思います。

#4さんのご回答は、私も「目から鱗」でした。
不勉強でしたね。

Answer

１）ＡＣアダプターは仕様的にスイッチング電源と異なる点があるのでしょうか？
スイッチング電源タイプであれば、基本的に同じです、電力素子の放熱ですが、最近のスイッチング電源の効率は９０％を超えています、
たとえば１２Ｖ１Ａの電源であれば出力１２Ｗ（これを出力するのに９０％だとすると）電源での発熱は、１．３Ｗです　これくらいであれば、プラスチックケースでも大丈夫です。

２）基本的にＡＣアダプターはスイッチング電源とは異なる回路方式を使用しているのでしょうか？
ＡＣアダプターは３種類あります、
１＝スイッチング電源（上記のとおり）
２＝トランス入力で安定化電源内蔵、この場合通常シリース電源ですので、１のタイプより効率は低下（発熱が多い）します。
３＝トランス入力で非安定化、これは整流回路とコンデンサーで構成されているので、電圧は不安定です（効率は高い）　最近はあまり見なくなりました。

ACアダプターの小ささの秘密